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ELECTROMETALURGIAcap III : Procesos de
Electrolisis
AO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIARESPONSABLE Y COMPROMISO CLIMATICO
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADREGROHMANN
FACULTAD DE INGENIERIA
ALEXANDER ESCOBAR AROCUTIPA2010-34761
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CONTENIDO
UNIDADES DE ELECTROLISIS
PORTADORES DE CARGA ELCTRICA
SISTEMAS DE ELECTROLISIS
EQUIVALENCIAS Y CONSTANTES ELCTRICOS
EQUIVALENCIAS ELECTROQUMICAS
SISTEMA DE UNIDADES ELCTRICAS
LEYES BSICAS DE LA ELECTROQUMICA
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PROCESOS DE ELECTROLISIS
En el proceso de electrlisis, se aplica un voltaje elctrico bajo entre los doselectrodos, de manera que las sales existentes en el agua se convierten encompuestos con capacidad de oxidar y desinfectar.
Los procesos de electrlisis requieren de tres elementos fundamentales:
La unidad de electrlisis
Los portadores de carga elctrica
Sistemas de electrlisis
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CeldaElectroltica
En la unidad de electrlisis ocurren reacciones a nivel de electrodosproduciendo las transformaciones qumicas con intercambio de cargaelctrica y se distinguen dos tipos de procesos:
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ANODO
CATODO
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Proceso Andico
El nodo es el electrodo con carga positiva, donde lleganlos aniones y representa el polo positivo de una pila.
En el nodo ocurre la oxidacin de los compuestos y elproceso mediante el cual ocurre esta oxidacin, sedenomina Proceso andico.
Las corrientes generadas del nodo son corrientespositivas.
Transformacin de un reactivo reductor presente en elelectrolito.
Esta reaccin ocurre siempre en el nodo y corresponde auna oxidacin. Por lo tanto una especie qumica se oxida y
pierde electrones o cede electrones. Ejemplo.
neOxd 11Re
Zn Zn+2 + 2 e-
En la unidad de electrlisis ocurren reacciones a nivel de electrodos produciendolas transformaciones qumicas con intercambio de carga elctrica
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Proceso catdico
El ctodo es el electrodo cargado negativamente dondellegan los cationes y representa el polo negativo de una pila.
En el ctodo ocurre la reduccin de los compuestos y elproceso mediante el cual ocurre esta reduccin, sedenomina Proceso catdico.
Las corrientes generadas del ctodo son corrientes
negativas. Transformacin de un reactivo oxidante presente en el
electrolito.
Esta reaccin ocurre siempre en el ctodo y corresponde auna reduccin, por lo tanto, una especie qumica se reducey capta electrones. Ejemplo.
22 RedneOx
Cu+2 + 2 e- Cu
23
02
1
2
FeeFe
CueCuLas especies Cu+2, Fe+3, son oxidantes, es decir queen presencia de un reductor enrgico son especies
susceptibles de captar electrones.
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Proceso oxido - reduccinPor el principio de electro neutralidad, las reacciones de oxidacin siempre vanacompaadas de una reaccin inversa de reduccin.
Reaccin global del proceso de electrlisis
Conclusin:
Especie oxidante se reduce ctodo. Especie reductorase oxida nodo.
1221 ReRe OxddOxdd
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Polaridad
En una unidad de electrlisis, la inversin de polaridad entre nodo y ctodoconstituye una diferencia bsica entre una celda de electrlisis y una pilagalvnica.
E = Potencial de celda o fem de pila
E (+) : Potencial elctrico del polo positivoE (-) : Potencial elctrico del polo negativo
E = Potencial de celda o fem de pila
E = E (+) - E (-)
CELDA PILA
Electrodo Reaccin Polaridad Potencial Polaridad Potencial
nodo Oxidacin + E (+) - E (-)
Ctodo Reduccin - E (-) + E (+)
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Electricidad es el flujo de electrones travs de un conductor. Segncomo se lleva a cabo este transporte de electrones los conductoresde electricidad se pueden clasificar en:
A - Conductores de primera clase
B - Conductores de segunda clase C - Conductores de tercera clase (mixtos)
D Aisladores
PORTADORES DE CARGA ELECTRICAO CONDUCTORES
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A - Conductores de primera clase B - Conductores de segunda clase
C - Conductores de tercera clase (mixtos) DAisladores
CLASES DE CONDUCTORES
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Sistema Galvnico
Sistema Electroltico
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Sistema Galvnico
Son los procesos donde las reacciones qumicas son los que producen la energaelctrica y generalmente estas reacciones son espontneas.
Reaccin qumica Energa elctrica
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Electrolito : H2SO4 nodo : Pb (-)
Ctodo : PbO2(+)
Reaccin en el ctodo
Reaccin en el nodo
Reaccin total
OHPbSOeSOHPbO
PbSOSOPb
OHPbeHPbO
24
2
42
4
2
4
2
2
2
2
224
__________________________
24
ePbSOSOPb
PbSOSOPb
ePbPb
2
__________________________
2
4
2
4
4
2
4
2
2
energaOHPbSOPbSOHPbO
ePbSOSOPb
OHPbSOeSOHPbO
24422
4
2
4
24
2
42
222__________________________
2
224
Tenemos como ejemplo para elsistema galvnico la batera:
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Sistema Electroltico
Energa elctrica Reaccin qumicaLos procesos electrolticos son las reacciones que ocurren por laaplicacin de la energa elctrica desde un rectificador y no sonespontneas.
Los procesos de oxidacin y reduccin pueden ser realizadosa voluntad si se utiliza una fuente elctrica externa decorriente continua como los rectificadores de corriente.
AElectro refinacin
B - Electro deposicin o electro winning
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Electro refinacin
El proceso de electro refinacin, consiste en la purificacin de un metal impuro quellega como nodo soluble y se disuelve electrolticamente, mientras enel ctodo sedeposita el metal refinado en forma simultanea.
M = metal, puede ser Cu, Ag, que se disuelve en el nodo y es depositado en el
ctodo y las impurezas insolubles se depositan como lodo andico
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Electro deposicin o electrowinning
Actualmente este proceso es uno de los procedimientos ms sencillospara recuperar metales en forma pura y selectiva de las soluciones delixiviacin.
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Michael Faraday
Naci en Newington, Gran Bretaa,1791-Londres Fsico y qumico
britnico, conocido principalmente por
sus descubrimientos de la induccinelectromagntica y de las leyes de laelectrlisis.
Naci en Newington, Gran Bretaa,1791-Londres Fsico y qumico
britnico, conocido principalmente porsus descubrimientos de la induccinelectromagntica y de las leyes de la
electrlisis.
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LEYES DE FARADAY
PRIMERA LEY DE FARADAY
La cantidad de una sustancia que se deposita o libera en unelectrodo es proporcional a la cantidad de electricidad queatraviesa el electrolito.
SEGUNDA LEY DE FARADAY
La cantidad de diferentes sustancias que se depositan con lamisma cantidad de electricidad son proporcionales a los
pesos equivalentes de esa sustancia.Un equivalente de cualquier sustancia puede ser liberado(oxidado reducido) por un Faraday de electricidad (96500cb).
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EQUIVALENTE QUIMICO
Equivalente qumico =
Ejemplo.
Equivalente qumico del cobre =
En este caso 31,77 g de cobre puede ser depositado por el paso de unFaraday de electricidad.
Valencia
AtmicoPeso
g77.312
54.63
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LEY DE FARADAY
La cantidad de energa para oxidar un mol de tomos en el nodo y reducir unmol de tomos en el ctodo es equivalente los moles de letronesque se poneen juego.
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ECUACIN QUE REPRESENTA LA LEY DEFARADAY
txIxnF
MW
FtIEqW
tambin
W : Masa depositada (g)
M : Peso molecular del metal depositado
Eq : Equivalente qumico
n : Valencia del ion metlico en la solucin
F : Constante de Faraday (96500 Coulomb/equivalente) (1 coulomb = 1 A x 1 s)
I : Corriente que circula (Amp)
t : Tiempo de operacin de la electrlisis (s) Para clculos industriales es ms apropiado considerar el Faraday en Amperios
Hora.
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Equivalencias y Constantes Elctricas
1F = 96500 coulombs.
1F = 96500 amp.seg.
1Coulomb = 1 amp.seg.
1Joule = Coulombs. volts
F = 23060cal / volt
1F = 96500 amp-seg. =
hampseg
h 81,26
.3600
1F = 26,81 amp - h
1F = 96500 amp-seg =
R = 8,315 Joules / oK- mol
R = 1,987 = 2 Cal / oK- mol
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Ejemplo
La plata metlica es depositado donde una solucin de Nitrato de plata en untiempo de 40 minutos, con una corriente de 1.65 amp. Calcular la cantidad de
plata deposita.
Formula
Reaccin:
W Atmico Ag = 107,87 g
Valencia = 1
Peso depositado:
AgeAg 1
F
tIEqW
gsAmp
segAmpg
W 42,496500
.min1
.60.min4065,187,107
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Equivalente Electroqumico
El equivalente electroqumico de un elemento o grupo de elementos, es el nmero degramos de dicha sustancia, depositados por el paso de una cantidad deelectricidad deun Coulomb, a travs de un electrolito.
De otra manera el equivalente electroqumico (eq - elect) segn la ley deFaraday, es elpeso del metal depositado con un 100 % de eficiencia por unidad de corriente en launidad de tiempo.
Ejemplo para el oroEqelect del Au =
Entonces la masa del oro depositado, est dado por la siguiente relacin:
W : masa de cobre depositada (g)
I : Corriente que circula (Amp)
t : Tiempo de operacin de la electrlisis (h)
hamp
g
hamp
g
453,2
81,26
3
2,197
txIxW 453,2
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Sistemas de Unidades Elctricas
La diferencia de potencial o fuerza electromotriz se mide en voltios.Un voltioes la diferencia del potencial necesaria para hacer pasar un ampere a travs deuna resistencia de un Ohms
A - Ley de Ohm
B - Conductividad C Coulombs
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A - Ley de Ohm La cantidad de corriente (I) de una corriente que atraviesa unaresistencia (R) es directamente proporcional a los potenciales (E). Este
enunciado se conoce como la ley de ohm.
E = Diferencia de potencial o tensin (voltios). I = Intensidad de corriente (amperios).
R = Resistencia del conductor (ohm)
Se cree que la resistencia elctrica de los metales se produce a causade la vibracin de los tomos que interfiere el movimiento migratorio de
los electrones y un aumento de la temperatura de un metal aumenta lasvibraciones por lo que disminuye la conductividad.
xRIE
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B - Conductividad Es la facilidad con que la corriente fluye a travs de un conductor, por lo cual se
define como el reciproco de la resistencia, lo mismo que su unidad tambin seexpresa como reciproco de ohm mho.
El movimiento simultneo de los iones positivos y negativos constituye la corrienteelectroltica. Para que la corriente elctrica contine, debe ocurrir alguna reaccinqumica en los electrodos que permita mantener la neutralidad elctrica.
RC 1
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CCoulombs La cantidad de electricidad que fluye a travs de un circuito depender de la
intensidad de la corriente en amperes y del tiempo en segundos durante elcual esta fluye.
Coulombs es la cantidad de corriente que fluye por un circuito cuando ha
pasado un ampere durante un segundo.
1Coulombs = 1 amp.seg
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Gracias por su atencin
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